Ученые создали биоразлагаемый микронагреватель из магния

Швейцарские ученые создали тонкий биорассасывающийся микронагреватель из магния, который может быть использован в медицинских имплантатах для доставки лекарств. Под действием внешнего магнитного радиочастотного поля часть резонатора нагревается, образуя небольшое отверстие в защитном полимерном слое, через которое может высвобождаться лекарственное средство, воздействуя на небольшой участок ткани. Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.

Многие вживляемые устройства необходимо снабжать электроэнергией, чтобы они начали работу в нужное время. Биоразлагаемые батареи, ионисторы и фотоэлементы добавляют устройству массы и объема или, в случае фотоэлектрических устройств, вырабатывают энергию только если находятся вблизи кожного покрова. В качестве альтернативного способа доставки энергии к устройствам внутри тела иногда применяют радиочастотные магнитные поля, которые взаимодействуют с резонансным колебательным контуром внутри имплантата. Если таких контуров с разными резонансными частотами несколько, каждым из них можно управлять, прикладывая поля с нужными частотами.

Матье Рюгг (Matthieu Rüegg) с коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны применили эту технологию, чтобы создать из магния биорассасывающееся устройство для прицельной доставки лекарств. Термическим напылением они образовали на стеклянной подложке тонкую пленку магния, на которой травлением ионным пучком нанесли рисунок, полученный фотолитографией. Затем очистили пластинку от излишков защитного полимера с помощью кислородной плазмы и ацетона. 

При контакте с водой магний активно переходит в растворимую форму гидроксида, поэтому все процедуры проводили в безводной среде. Но чтобы проверить, насколько быстро устройство разлагается в организме, авторы поместили стекло с магниевыми контурами в фосфатный буферный раствор.

Уже через 50 минут резонатор полностью растворился. Более того, в растворе устройство проработало чуть больше четырех минут, после чего трещин в структуре стало слишком много и ток перестал течь. Для использования этой технологии на практике авторы работы предлагают защищать слой магния биосовместимыми покрытиями. Ученые предполагают, что устройство на основе новой технологии сможет проработать на протяжении нескольких дней или недель, а затем растворится за считанные минуты.

Толщина магниевого резонатора составляла два микрона, чтобы сохранялась способность давать сопротивление всего в несколько Ом и было технически возможно осуществить напыление. В зависимости от геометрии устройства менялась его резонансная частота, которую с достаточной точностью предсказывали расчеты. 

За счет наличия извилистого рисунка часть резонатора разогревалась и рвала полимерную защитную пленку. Понадобилось всего 10 Ватт, чтобы микронагреватель образовал в защитном полимерном слое отверстие, через которое, в теории, должно поступать лекарство в организм.

Биоматериалы уже давно активно используют в медицине, а также развивают и создают новые в лабораториях. Например, ученые внедрили имплантат в кость собаки, разработали систему прицельной доставки лекарства и даже вернули подвижность ногам парализованных обезьян с помощью имплантата в мозг. А об использовании вживляемых чипов не для медицинских целей мы рассказали в нашем материале «Чип тебе в руку».

Алина Кротова